¡El secreto está en la profundidad!

Título del artículo original: The MATLAS survey of faint outskirts of bright galaxies

Autores: Michal Bílek and P. A. DUC.

Institución del primer autor: Université de Strasbourg, CNRS, Observatoire astronomique de Strasbourg (ObAS), France.

Estado de la publicación: publicado en XIXth Serbian Astronomical Conference, acceso abierto en arXiv.

¡En el día más brillante…en la noche más oscura…ninguna galaxia escapará de nuestros telescopios!

Hace ya muchas décadas que el ser humano escudriña cada rincón del universo intentando averiguar como funciona. Sin duda la imagen fue algo que ayudó notablemente al desarrollo de la astrofísica, pero hoy en día no nos conformamos solo con fotos bonitas de galaxias, queremos ver cada detalle disponible. Una forma de conseguir captar muchos detalles es con la fotografía profunda, es decir, imágenes capaces de captar hasta los objetos más débiles. Por su puesto esto no es algo nuevo, hace ya años que el Telescopio Espacial Hubble nos sorprendió cuando apuntó a una región aparentemente oscura del cielo y de pronto aparecieron miles de objetos nunca antes vistos. En la figura 1 podemos ver esta famosa imagen de campo profundo del Hubble.

Este tipo de imágenes permite estudiar las galaxias jóvenes del universo e incluso descubrir objetos aparentemente invisibles. Hoy en día la fotografía profunda se está poniendo de moda, y no solo en los rincones oscuros del cielo. Puede ser muy valiosa la información que este tipo de fotografía nos puede proporcionar de galaxias brillantes.

La profundidad importa

Muchos son los proyectos que se dedican a obtener imágenes de miles de galaxias, como el Sloan Digital Sky Survey (SDSS), y a día de hoy son una de las mejores fuentes de información para conocer como son las galaxias. Por ejemplo, toda la clasificación de galaxias, conocida como secuencia de Hubble, se realiza en base a la forma que podemos ver directamente de las imágenes (aunque no siempre es fácil). En el panel izquierdo de la figura 2 podemos ver las galaxias NGC 470 y 474 fotografiadas por SDSS, dos galaxias muy brillantes donde incluso podemos llegar a ver algún que otro brazo espiral y algunas partes del halo. Sin embargo, si tomamos la imagen de forma que esté optimizada para detectar las estructuras menos brillantes, lo que llamamos fotografía profunda, podremos ver una imagen con detalles mucho más ricos. En el panel derecho de la figura 2 podemos ver de nuevo las galaxias NGC 470 y 474, pero capturadas por el proyecto MATLAS.

MATLAS, el capturador de objetos débiles

De igual forma que el microscopio nos permitió descubrir las estructuras más pequeñas, esta nueva forma de explorar el universo nos ofrece un gran abanico de posibilidades para redescubrir el universo. La gran diferencia está en que para desarrollar la fotografía profunda no necesitamos de nuevos telescopios, se puede implementar en los ya existentes. Los primeros intentos de hacer fotografía profunda se basaban en recolectar luz de un punto fijo durante mucho tiempo, lo cual no daba buenos resultados. Los objetos más débiles que podemos captar hoy en día son 1000 veces menos brillantes que el cielo más oscuro que podamos tener, por lo que separar la información útil del ruido es complejo y en ocasiones imposible. Para ello MATLAS propone la siguiente estrategia:

1. Tomar muchas imágenes de un mismo objeto, pero situando el objeto siempre en diferentes partes del detector que recoge la luz. Es importante que esta variación en la posición del objeto sea mayor que el propio objeto.
2. La contaminación del ruido de fondo se calcula como la mediana, o con cálculos más complejos, de todas las exposiciones en cada pixel del detector.
3. Una vez calculado el ruido de fondo con gran precisión, este se extrae de las imágenes iniciales.
4. Finalmente, las imágenes se mueven de forma que al combinarlas el objeto a estudiar esté siempre en la misma posición. Et voilà!

Con esta sencilla receta y usando la cámara MegaCam del telescopio CFHT de 3,6 metros, el proyecto MATLAS es capaz de ver objetos realmente débiles. El principal objetivo es buscar información sobre como las galaxias se han formado, ya sea por la formación de estrellas relativamente cercanas entre sí o por la unión de otras galaxias. En la figura 3 podemos ver algunos de los signos más visibles que pueden indicar como se ha formado una galaxia.

En la imagen anterior podemos ver trazos, nunca antes vistos, que nos dan información sobre la formación de galaxias. Empezando arriba a la izquierda vemos las denominadas cáscaras (shells en inglés), que se forman tras la colisión de dos galaxias. A su derecha vemos las corrientes (stream en inglés) que se forma cuando una galaxia más pequeña es atraída y fusionada por una más grande. En el cetro a la izquierda vemos algo parecido, las colas (tails en inglés), que se forman tras la unión de galaxias de igual masa y son más prominentes si una de ellas está rotando. En el centro derecha vemos una galaxia cuyas líneas de igual brillo han sido perturbadas (disturbed outer isophotes), tras una colisión o fusión las galaxias vuelven a su estado de equilibrio y las colas o cáscaras desaparecen, y está distorsión son los últimos signos visibles que podemos obtener. Abajo a la izquierda vemos cirros galácticos(galactic cirrus), que son nubes de polvo de nuestra propia galaxia que contaminan las imágenes, lo que muestra como MATLAS también puede ser usado para estudiar nuestra propia galaxia. Y finalmente abajo a la derecha podemos ver una galaxia con formación estelar en sus alrededores (peripheral star formation), cuando esta actividad estelar se encuentra en galaxias viejas como la de la imagen es un indicativo de que la formación estelar se renovó tras un periodo de inactividad. Aunque el motivo de estas reactivaciones es aún desconocido.

Como hemos visto las imágenes profundas pueden ayudarnos a ver una parte desconocida del universo y ver las débiles estructuras derivadas de las colisiones de galaxias. Aunque debemos darnos prisa en ver estas estructuras antes de que desaparezcan dentro de millones y millones de años.